El cerebro humano está formado por miles de millones de neuronas. Cada una tiene un cuerpo, axón, y muchas dendritas. El cuerpo de las células contiene un núcleo, que controla las actividades de toda la célula y de varias otras estructuras que cumplen funciones específicas. El axón, que es mucho más angosto que un cabello humano, se expande hacia el exterior del cuerpo de la célula y transmite mensajes a otras neuronas. A veces, los mensajes tienen que desplazarse grandes distancias (¡hasta 5 pies!). Las dendritas también se ramifican o extienden del cuerpo de las células. Reciben mensajes de los axones de otras células nerviosas. Cada célula nerviosa está conectada a miles de otras células nerviosas a través de sus axones y dendritas. Las neuronas están rodeadas por las células gliales, que las apoyan, protegen y nutren.
Los grupos de neuronas en el cerebro tienen trabajos especiales. Por ejemplo, algunos se relacionan con el pensamiento, el aprendizaje y la memoria. Otros se encargan de la recepción de la información sensorial. Otros se comunican con los músculos, estimulándolos a la acción.
Son varios los procesos que tienen que funcionar en conjunto y sin tropiezos para que las neuronas sobrevivan y permanezcan saludables. Estos procesos son la comunicación, el metabolismo y la reparación.
Comunicación: El envío de millones de mensajes por segundo
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Imagine los cables de telecomunicación que funcionan en nuestras calles. Todo el día y la noche, millones de llamadas telefónicas pasan a través de cables de fibra óptica a velocidades increíbles, dejando que las personas hagan negocios, den instrucciones, se rían, o se enteren de algunas noticias. Multiplique eso por cientos de veces y eso es el cerebro. Las neuronas son grandes comunicadoras, siempre en contacto con sus vecinos. A medida que una neurona recibe mensajes de las células que la rodean, una carga eléctrica, o impulso nervioso, se acumula. Esta descarga se desplaza hacia la parte baja del axón hasta que llega al final. Aquí, se desencadena la liberación de mensajeros químicos llamados neurotransmisores, que se mueven desde el axón hacia las dendritas o los cuerpos de otras neuronas a través de un espacio diminuto. Una neurona típica tiene hasta 15 mil de estos espacios diminutos o sinapsis. Después de que pasan a través de las sinapsis, los neurotransmisores se unen a receptores específicos en el extremo receptor de las dendritas de las neuronas vecinas. También pueden unirse directamente a los cuerpos de las células.
Una vez que los receptores se activan, abren canales a través de la membrana de las células hacia el interior del nervio receptor de la célula, o comienzan otros procesos que determinan cuál será el siguiente paso del nervio receptor. Algunos neurotransmisores inhiben la función de las células nerviosas (o sea, hacen que sea menos probable que la célula del nervio envíe una señal eléctrica hacia el axón). Otros neurotransmisores estimulan las células nerviosas; preparan la célula receptora para tornarse activa o enviar una señal eléctrica a través del axón a otras neuronas que se encuentran en el mismo camino.
En cualquier momento, millones de estas señales pasan rápidamente por las vías en el cerebro, permitiéndole recibir y procesar la información, hacer ajustes y dar instrucciones a diversas partes del cuerpo. Si las neuronas se desconectan, se enferman y podrían morir.
Metabolismo: Convertir productos químicos y nutrientes en energía para mantener las neuronas en funcionamiento
El metabolismo es el proceso mediante el cual las células y las moléculas procesan productos químicos y nutrientes para generar energía y formar elementos fundamentales que fabrican moléculas celulares nuevas, como las proteínas. El metabolismo eficaz necesita suficiente sangre circulando para proveer a las células con oxígeno y glucosa, un tipo de azúcar. La glucosa es la única fuente de energía generalmente disponible para el cerebro. Sin oxígeno o glucosa, las neuronas no pueden sobrevivir.
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Esta figura muestra las neuronas de ratas jóvenes y ancianas en reposo y con aumento de la duración de la estimulación. Cuando las neuronas son estimuladas, aumenta el metabolismo. Las neuronas estimuladas de las ratas jóvenes mantienen el calcio dentro de los niveles normales. Las ratas más viejas no pueden hacer esto. Altos niveles de calcio en las neuronas viejas pueden hacerlas susceptibles a la disfunción y la muerte. La escala de color es un índice del calcio celular donde el color rojo indica los niveles más altos.
Reparación: Mantener las neuronas de larga vida en buenas condiciones de funcionamiento
A diferencia de la mayoría de las células que tienen una duración de vida bastante corta, las células nerviosas que se generan en el feto o poco tiempo después del nacimiento viven mucho tiempo. Las neuronas cerebrales pueden vivir hasta 100 años o más. En un adulto, cuando las neuronas mueren debido a enfermedades o lesiones, por lo general no son reemplazadas. La investigación reciente, sin embargo, indica que en algunas regiones cerebrales pueden nacer neuronas nuevas, aun en un cerebro viejo.
Para evitar su propia muerte, las neuronas vivientes deben mantenerse y renovarse constantemente. Si la limpieza y la reparación de las células se vuelven más lentas o se detienen por cualquier motivo, la célula nerviosa no funciona bien y con el tiempo, muere.
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Esta figura muestra los efectos del ejercicio sobre los niveles del factor neurotrófico derivado del cerebro (brain-derived neurotrophic factor o BDNF, por su sigla en inglés) en el hipocampo de las ratas. Los factores de crecimiento como el BDNF ayudan a muchas neuronas a sobrevivir. Los niveles del mensaje que hace el BDNF son mucho mayores en las ratas que ejercitan (A) que en las que no (B). El ejercicio puede beneficiar la salud de las neuronas sanas en las ratas al provocar que las neuronas fabriquen un BDNF más seguro. Los colores rojo y amarillo indican los niveles más altos de BDNF, mientras que el verde y el azul indican el más bajo.
Placas y nudos: Los sellos particulares de la enfermedad de Alzheimer
La enfermedad de Alzheimer interrumpe cada uno de los tres procesos que mantienen las neuronas saludables: la comunicación, el metabolismo y la reparación. Esta interrupción causa que ciertas células nerviosas que se encuentran en el cerebro interrumpan su función, pierdan las conexiones con otras células nerviosas, y por último, mueran. La destrucción y la muerte de las células nerviosas provocan una falla en la memoria, cambios de personalidad, problemas para llevar a cabo las actividades diarias y otras características de la enfermedad.
Los cerebros de los pacientes con Alzheimer tienen una abundancia de dos estructuras anormales—las beta-amiloideas y los nudos neurofibrilares. Esto es especialmente cierto en aquellas regiones del cerebro importantes para la memoria. Las placas son densas, principalmente depósitos insolubles (que no pueden disolverse) de proteína y de material celular acumulados afuera y alrededor de las neuronas. Los nudos son fibras retorcidas insolubles que se acumulan dentro de la célula nerviosa. A pesar de que muchas personas mayores desarrollan placas y nudos, los cerebros de los pacientes de Alzheimer los tienen en un grado mucho mayor. Los científicos han sabido de la formación de estas placas y nudos por muchos años, pero investigaciones recientes han revelado mucho más acerca de lo que los componen, cómo se forman y de sus roles en la enfermedad de Alzheimer.
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